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微分析物理及其应用

微分析物理及其应用
微分析物理及其应用
作者:丁泽军 等(编著)

图书详细信息:
ISBN:978-7-312-02290-6
定价:38.00元
版本:1
装帧:平装
出版年月:200901

图书简介:

  本书的主要内容包括电子显微学和电子束微分析、扫描探针显微术,以及和电子束微分析关联较多的表面分析、离子束微分析和X射线束微分析。在电子束微分析中,介绍了固体中入射电子的散射、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)中的微分析、固体中电子散射的蒙特卡罗模拟、TEM的像差和分辨率、电子显微像的各种衬度机制、高分辨透射电子显微像的相位衬度传递函数理论和原子级(亚埃级)分辨率球差校正TEM的进展。扫描探针显微术(包括扫描隧道电子显微术和多种原子力显微术)异军突起,分辨率在20世纪80年代前就达到了原子级。分析表面的电子显微术包括低能电子显微术、光电子(发射)显微术、反射电子显微术和俄歇电子显微术。离子束微分析中,介绍了入射离子束在固体中的散射、卢瑟福背散射谱、聚焦离子束仪和二次离子质谱。X射线束微分析中,介绍了固体对X射线的吸收、由此而来的光电子能谱、随后的弛豫过程引起的俄歇电子能谱和X射线荧光谱。

前言:

  微分析(microanalysis)是在历史悠久的显微术(microscopy)基础上发展起来的一门新兴交叉学科,推动它发展的技术基础是20世纪50年代以来逐渐普及的透射电子显微术(TEM)、扫描电子显微术(SEM)以及离子束和X射线束激发的其他显微术。电子束微分析发展得最快,目前它的最高横向分辨率已经达到0.1 nm。离子束和X射线束微分析的横向分辨率则分别达到1 μm和10 μm量级。X射线晶体结构分析也是一种微观分析,它的分辨率已经达到0.1 nm,但它是大量X射线衍射束强度经过傅里叶变换后得到的晶胞中原子位置的分辨率,不是大面积内原子位置的分辨率。X射线晶体结构分析早已发展为成熟的学科,并且其分析理论也构成微分析物理的一部分理论基础。
  早期的TEM一般采用在常规的光学显微镜下观测图像的方法,即各像素同时成像方法。同时成像的优点是节省图像的成像时间。光学成像理论也是微分析物理的一部分理论基础。SEM采用微细的入射电子束在样品上逐行逐点扫描各个像素时对激发出来的信号进行同步探测,即扫描成像方法。近期的TEM也可以缩小电子束斑的尺寸,采用扫描成像方法。扫描成像的优点是:可以灵活地选用入射电子束、离子束或X射线束激发信号,而成像信号更可以在多种电子、离子和光子信号(特别是具有区分不同元素的特征信号)中选用,如分别选择入射电子激发的俄歇电子或特征X射线成像。相应地,发展了多种多样的以扫描成像为主的探测形貌、晶体结构、元素分布以及局域电子态密度的微分析方法。电子束成像分析方法的目标是,将其分辨率从光学显微术的200 nm不断向前推进以达到原子级分辨率(0.1 nm),完成人类直接观察原子的理想。
  微分析扩展了显微术以探测样品形貌为主的局限,把显微术的信号种类大为扩展,得到的图像除了形貌图像外,还可以是透射电子衍射衬度图像、二次电子的表面起伏形貌图像、背散射电子的平均原子序数分布图像、标识X射线的体元素分布图像、俄歇电子的表面元素分布图像,等等。
  微分析突破了分析化学以定量分析大范围材料中的元素成分为主的局限,把原子级分辨率作为自己的奋斗目标。在元素的分析方法上突破了分析化学以化学方法和光谱学方法为主的局限,引进了许多探测电子、离子和光子信号的物理方法。因此,微分析已经发展成为物理学的一个分支学科,即微分析物理。
  微分析和表面分析是两个紧密相关的分支学科,微分析强调的是:使横向分辨率达到原子级;表面分析强调的是:使表面的纵向分辨率达到原子级。表面分析中的光电子能谱、俄歇电子能谱、二次离子质谱等内容已经自成体系,不必将它们看做微分析的一部分。X射线全外反射荧光分析的表层分辨率已达到nm量级。X射线荧光分析是一种成分分析方法,横向分辨率也在逐步提高,我们把它归入微分析范围。
  20世纪80年代发明的扫描探针显微术SPM(包括扫描隧道显微术STM和原子力显微术AFM),横向分辨率一下子超过TEM,已成为微分析和表面分析共同发展的新方向。扫描探针显微术看到了表面原子结构,高分辨TEM看到了体原子结构,它们是互补的。它们一起获得诺贝尔物理奖也说明了这一点。
  总之,可以把微分析看成新的、信号种类多样的、分辨率不断改进的显微术,也可以把“显微术和微分析”(microscopy and microanalysis)统一起来,以说明新学科已经大大扩展了显微术的内涵。实际上微分析和显微术都可以互相包容,显微术会议交流的内容包括微分析,微分析的结果都可以用显微图像表示出来。
  我们编写此书的目的是:系统介绍显微术和微分析的物理基础,及时反映它的迅速进展和说明其广泛应用。

                        丁泽军 吴自勤
                         2008年4月

目录:

前言

绪论
0.1  微分析学科的发展
0.2  学术交流的发展
0.3  学科期刊的发展
0.4  本书内容的安排
参考文献

第1章 有关的基础物理知识
1.1  有关的原子物理知识
1.2  有关的固体物理知识
1.3  有关的晶体衍射物理知识
参考文献

第2章 入射电子的弹性散射和非弹性散射
2.1  处理入射电子散射的量子力学方程
2.2  入射电子的微分弹性散射截面
2.3  入射电子的非弹性散射
2.4  原子对电子的散射截面和散射平均自由程
2.5  阻止本领和非弹性散射截面
2.6  介电函数方法
2.7  低能电子的非弹性散射平均自由程
2.8  低能电子的非弹性散射和能带结构的阈值效应
参考文献

第3章 电子束显微分析
3.1  扫描电子显微镜的主体结构与成像原理
3.2  场发射扫描电子显微镜的分辨率
3.3  扫描电子显微镜的信号
3.4  SEM中二次电子和背散射电子信号的采集及其能谱
3.5  透射电子显微镜(TEM)中显微像和衍射图样的获得
3.6  透射电子显微镜(TEM)的主要部件和成像模式
3.7  扫描电子显微像的形貌衬度
3.8  SEM中晶体取向的测定
3.9  X射线能谱(EDS)和波谱(WDS)分析
3.10 SEM中厚样品微区成分分析方法
3.11  TEM中薄膜微区成分EDS定量分析方法
3.12  薄膜微区成分的电子能量损失谱(EELS)定量分析
3.13  微区成分分析的空间分辨率和探测限
参考文献

第4章 固体中电子散射的蒙特卡罗模拟
4.1  蒙特卡罗方法简介
4.2  蒙特卡罗方法的基本原理和一般步骤
4.3  由已知概率分布进行的随机抽样
4.4  随机数与赝随机数
4.5  蒙特卡罗模拟固体中的电子散射
4.6  蒙特卡罗模拟固体中电子散射的一些结果
参考文献

第5章 电子显微像的像差和分辨率
5.1  成像原理中常用的傅里叶变换和卷积公式
5.2  透射电子束成像
5.3  磁透镜的像差
5.4  瑞利判据决定的显微像的分辨率
5.5  由电子束直径决定的扫描电子显微镜的分辨率
5.6  图像衬度(对比度)决定的显微镜分辨率
5.7  信息通过量密度决定的显微镜分辨率
5.8  分辨率的实验测量
5.9  离子显微镜的分辨率
参考文献

第6章 电子显微像的衬度
6.1  电子束的相干性和衍射振幅衬度
6.2  晶态和非晶态样品的衬度
6.3  衍射(振幅)衬度像
6.4  样品的质厚衬度和STEM中的Z衬度
6.5  SEM中的各种不相干信号的衬度
参考文献

第7章 高分辨透射电子显微像
7.1  高分辨电子显微像(HREM)的形成
7.2  高分辨像形成过程中的衬度传递函数
7.3  高分辨像的点分辨率和信息分辨率
7.4  高分辨像的计算
7.5  赝弱相位物的HREM
7.6  解卷高分辨像测定晶体结构
7.7  高分辨像和电子衍射图样相结合提高分辨率
7.8  电子全息术高分辨显微像
7.9  Lichte欠焦和衬度离位
7.10  原子级(亚埃级)分辨率透射电子显微术
7.11  原子级分辨率扫描透射电子显微术
7.12  原子级分辨率TEM和STEM的前景
参考文献

第8章 分析表面的电子显微术
8.1  低能电子衍射(LEED)
8.2  低能电子显微术及其应用
8.3  光电子(发射)显微术(PEEM)及其应用
8.4  其他低能电子显微方法
8.5  低能电子的非弹性散射的作用
8.6  反射高能电子衍射(RHEED)
8.7  反射电子显微术(REM)及其应用
8.8  俄歇电子显微术
参考文献

第9章 扫描探针显微术
9.1  扫描探针显微术简介
9.2  STM的工作原理及应用
9.3  扫描隧道电子显微术(STM)和扫描隧道电流谱(STS)的一些应用
9.4  自旋极化扫描隧道电子显微术和弹道电子发射显微术(BEEM)
9.5  原子力显微术(AFM)及其应用
9.6  扫描近场光显微术(SNOM)及其应用
参考文献

第10章 入射离子束和固体的作用
10.1  入射离子的弹性散射和非弹性散射
10.2  离子溅射和离子注入
10.3  离子束分析
10.4  聚焦离子束(FIB)仪
10.5  二次离子质谱(SIMS)
10.6  几种离子束和电子束成分分析方法的比较
10.7  场离子显微镜(FIM)
参考文献

第11章 入射X射线束和固体的作用
11.1  固体对X射线的吸收
11.2  光电子能谱
11.3  内层电子电离后的弛豫过程
11.4  俄歇电子能谱
11.5  X射线荧光分析(XRF)
11.6  微区及表层X射线荧光分析
11.7  软X射线显微术
参考文献



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